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Empirical Research on Application of ICT for Reduction of Energy Consumption of Hospital Buildings

ICT를 활용한 병원건물의 에너지 절감방안 연구

  • 이정환 (충북대학교 경영정보학과) ;
  • 한영도 (상명대학교 국제통상학과) ;
  • 김동욱 (한국과학기술원 기술경영전문대학원)
  • Received : 2017.12.18
  • Accepted : 2018.01.03
  • Published : 2018.01.28

Abstract

Increase in oil prices and building energy consumption has been a great burden for Korea which has significant energy dependence on foreign energy sources. In this context, reduction of building energy consumption, which comprises 40% of total energy consumption, is a very important issue. This research therefore empirically analyzed a hospital "P" that implemented ICT-based energy consumption and cost reduction initiative. The hospital first replaced existing water absorber for heating/cooling air and boiler for heating water with water heat storage heat pump system. This was accompanied by subscribing to different electricity price plans to maximize cost reduction. Secondly, the hospital additionally applied ICT-based optimized control algorithm that considers surrounding factors (external temperature, changes in energy demand). The analysis of these mechanisms indicate that the ICT-based energy consumption and cost reduction initiative for hospitals can reduce energy consumption by 53.6% with replacement of low-efficiency equipment and additionally by 18.2% with optimized control algorithm. The mechanisms will provide energy consumption reduction opportunities for other hospitals and buildings with high energy consumption.

최근 유가 상승과 건물 에너지 소비 증가는 에너지 자원 해외 의존도가 높은 우리나라에 큰 부담이 되고 있다. 이런 상황에서 에너지 소비량의 40% 수준을 차지하는 빌딩건물의 에너지절감은 매우 중요한 이슈가 되는데, 본 연구는 ICT를 활용하여 건물에너지 소비량 및 전력사용요금 절감을 하는 최적제어방법을 구현한 실증 분석을 병원을 대상으로 수행하였다. 먼저 기존의 냉난방용 흡수식 냉온수기와 급탕용 보일러시설 일부를 수축열 히트펌프로 대체하고 사용하는 요금제의 조정을 통해 에너지소비량을 줄이고 요금을 절감하였다. 여기에 환경(외기온도, 사용량 증감 등) 변화를 고려한 ICT 기반 최적제어 기능을 추가적으로 적용함으로 기존 설비 대체 중심의 에너지절감 방법과 ICT 기반의 최적제어방법까지 고려한 효과를 분석하였다. 그 결과 본 연구에서 병원 대상의 최적제어방법은 에너지효율화 설비 적용으로 인한 절감량(53.6%)에 최적자동제어 효과(18.2%)까지 추가적으로 절감할 수 있는 것을 확인하였다. 본 연구 결과를 바탕으로 건물 에너지 절감 성과를 높이는 다양한 방안을 검토해 볼 수 있을 것이다.

Keywords

References

  1. O. Barrack, "The irreversible momentum of clean energy," Science, Vol.355, No.6321, pp.126-129, 2017. https://doi.org/10.1126/science.aam6284
  2. 우세진, "시간변수를 가진 건물에너지 절약 설계 요소의 디자인 결정을 위한 확률분포 결정모델," 한국콘텐츠학회논문지, 제10권, 제3호, pp.21-31, 2010. https://doi.org/10.5392/JKCA.2010.10.3.021
  3. 조진균, 문정환, 강호석, "병원건물의 에너지 저감을 위한 에너지성능 평가에 관한 사례연구," 설비공학논문집, 제29권, 제1호, pp.29-37, 2013. https://doi.org/10.6110/KJACR.2017.29.1.029
  4. 강상원, "최적 설비 자동제어를 통한 에너지 절감 스마트 빌딩," 한국정보 기술학회지, 제9권, 제2호, pp.25-30, 2011.
  5. 황성일, 박태준, 손영근, 전근표, "M2M기반 스마트 그리드 적용 사례 및 서비스 요구사항에 관한 연구," 한국통신학회논문지, 제38권, 제7호, pp.612-620, 2013.
  6. 이나은, 한혜심, 안병립, 정학금, 장철용, "기존건물의 시뮬레이션 및 실측 데이터를 활용한 냉방에너지 절감방안 연구," 대한건축학회 논문집 -계획계, 제29권, 제4호, pp.235-242, 2013.
  7. I. Ropke and T. Haunstrup, "Energy impacts of ICT - Insights from an everyday life perspective," Telematics and Informatics, Vol.29, pp.348-361, 2012. http://doi.org/10.1016/j.tele.2012.02.001
  8. M. C. Di. Piazza, G. La, Tona, M. Luna, and A. Di. Piazza, "A two-stage Energy Management System for smart buildings reducing the impact of demand uncertainty," Energy & Buildings, Vol.139, pp.1-9, 2017. http://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.01.003
  9. M. Shakeri, M. Shayestegan, H. Abunima, S. M. S. Reza, M. Akhtaruzzaman, A. R. M. Alamoud, and N. Amin, "An intelligent system architecture in home energy management systems(HEMS) for efficient demand response in smart grid," Energy & Buildings, Vol.138, pp.154-164, 2017. http://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.12.026
  10. G. Escriva-escriva, I. Segura-heras, and M. Alcazar-ortega, "Application of an energy management and control system to assess the potential of different control strategies in HVAC systems," Vol.42, pp.2258-2267, 2010. http://doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.07.023
  11. M. G. Ippolito, E. R. Sanseverino, and G. Zizzo, "Impact of building automation control systems and technical building management systems on the energy performance class of residential buildings: An Italian case study," Energy & Buildings, Vol.69, pp.33-40, 2014. http://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.10.025
  12. P. Rocha, A. Siddiqui, and M. Stadler, "Improving energy efficiency via smart building energy management systems: A comparison with policy measures," Energy & Buildings, Vol.88, pp.203-213, 2015. http://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.11.077
  13. M. Soudari, S. Srinivasan, S. Balasubramanian, and J. Vain, "Learning based personalized energy management systems for residential buildings," Energy & Buildings, Vol.127, pp.953-968, 2016. http://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.05.059
  14. A. Kim, J. Han, T. Yu, and D. Sik, "Hybrid wireless sensor network for building energy management systems based on the 2 . 4 GHz and 400 MHz bands," Information Systems, Vol.48, pp.320-326, 2016. http://doi.org/10.1016/j.is.2014.06.005
  15. J. Granderson and G. Lin, "Building energy information systems : synthesis of costs, savings, and best-practice uses," Energy Efficiency, pp.1369-1384, 2016. http://doi.org/10.1007/s12053-016-9428-9
  16. 김민휘, 김진효, 권오현, 석윤진, 정재원, "외기전담시스템의 병원건물에 대한 적용성 및 냉난방에너지 절감 효과에 관한 연구," 한국건축친환경설비학회 논문집, 제3권, 제4호, pp.184-191, 2009.
  17. 조진균, 문정환, 강호석, "병원건물의 에너지 저감을 위한 에너지성능 평가에 관한 사례연구," 설비공학논문집, 제29권, 제1호, pp.29-37, 2013. https://doi.org/10.6110/KJACR.2017.29.1.029
  18. 홍원표, "병원건물의 스마트그리드시스템의 에너지절약평가 및 경제성분석," 조명전기 설비학회논문지, 제24권, 제4호, pp.129-139, 2010.
  19. 박화춘, 정모, "호텔, 병원, 업무용 건물의 에너지 부하 특성 비교," 대한설비공학회 설비 공학논문집, 제21권, 제10호, pp.553-558, 2009.
  20. J. Cho, J. Moon, K. Rhee, and H. Kang, "Energy consumption characteristics of patient room HVAC systems for large hospital buildings in worldwide climate zones," Journal of the Architectural Institute of Korea, Vol.31, No.3, pp.171-180, 2015.
  21. V. Congradac, B. Prebiracevic, N. Jorgovanovic, and D. Stanisic, "Assessing the energy consumption for heating and cooling in hospitals," Energy and Buildings, Vol.48, pp.146-154, 2012. http://doi.org/http://doi.org/10.1016/j.enbuild. 2012.01.002
  22. Efficiency Valuation Organization. "International Performance Measurement and Verification Protocol: Concepts and Options for Determining Energy and Water Savings," 2012.
  23. Korea Energy Economics Institute, "2014 Energy Consumption Survey," 2015.